Conférence SIFEE, Angers, 22 Juin 2005 Quantification des impacts environnementaux associés au traitement biologique et à l'utilisation agricole des produits organiques bilan des connaissances P. Mallard, B. Gabrielle, E. Vial, D. Rogeau, M. Vignoles, C. Sablayrolles, M. Carrère, S. Renou, N. Pierre, O. Muller, Y. Coppin 1
Contexte Intérêt de la valorisation agronomique des déchets biodégradables A démontrer de façon objective par des méthodes d'évaluation globales (analyse de cycle de vie) En préalable, situer et synthétiser l'état des connaissances scientifiques disponibles sur les différents impacts Trois études demandées par l'ademe: о Bilan des connaissances scientifiques о Etat des connaissances en analyse de cycle de vie о Effet sur le sol et stockage du carbone Rapports disponibles sur www.ademe.fr 2
Principe d'une analyse de cycle de vie (ACV) AIR N2O, CH4, CO2, NH3, NOx, ETM, CTO,... phytosanitaires énergie énergie engrais réactifs sous-produits déchets SITE produit PLANTES SOL N, P, ETM, CTO,... EAUX ACV est une méthode d'évaluation d'un bien ou d'un service, basée sur un inventaire des émissions du «berceau à la tombe» (ISO 1404x) 3
Champ de l étude et démarche Filières Déchets / produits : déjections animales, déchets urbains et agro-industriels Traitement: stockage ; compostage ; méthanisation ; autres (séchage, chaulage) Catégories d impact effet de serre; nuisances olfactives; eutrophisation et acidification ; santé et (éco)toxicité; qualité des sols ; impacts indirects: énergie, économies d' engrais et de produits phytosanitaires Démarche suivie 1. Analyse bibliographique : décrire, quantifier, paramétrer les phénomènes 2. Mise en œuvre des données obtenues : adaptation, comparaison avec d autres jeux de données 4
Exemples de résultats / gaz à effet de 2000 serre 1800 CH4 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 N2O 5 kg eqco2/t MS kg eqco2/t MS Stokage liquide Stockage solide Compostage Utilisation agricole Stokage liquide Stockage solide Compostage Utilisation agricole Valeurs données sans distinction du type de produits.
Exemples de résultats / valeur fertilisante La valeur fertilisante correspond à une équivalence avec un engrais minéral de référence, du point de vue de la production agronomique. kg N / tonne de MS 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Boues Boues déshydratées Valeur azotée Lisier Fumiers / composts Max Min 40 Valeur phosphatée Il y a très peu de données sur les autres éléments : K, S, et micro-éléments (hormis Ca pour la valeur d amendement basique des boues chaulées). kg P / tonne de MS 35 30 25 20 15 10 5 Max Min 0 Boues Boues activées Fumiers / composts 6
Bilan qualitatif de l analyse biblio / généralités Filières «orphelines» Boues et biodéchets : émissions gazeuses liées au stockage et au compostage Déjections animales : méthanisation, apports en ETM Résidus industriels, traitement des boues Complexité des phénomènes Compréhension, modélisation Variabilité et données disponibles «Adaptabilité» en flux des résultats 7
Bilan qualitatif de l analyse biblio / points Traitement particuliers Emissions gazeuses : peu de données représentatives (in situ) ; méthodologie Lacunes sur certains modes de traitement: rejets liquides pendant le stockage, flux de COV pendant le compostage, certaines étapes du compostage, méthanisation Epandage / devenir après apport Lacunes sur certains impacts (COV, CTO/ETM, phytosanitaires) Problèmes de représentativité technique, spatiale et temporelle Manques de connaissances sur les interactions matière organique émissions de gaz, ETM, phyto-protection Faible recours à la modélisation 8
Jeux de données pour l'analyse de cycle Valeurs de de références vie pour un couple déchet/traitement, incluant une caractérisation de la qualité des données (durée de l émission, description technologique, temporelle, géographique, variabilité, représentativité). 9 Fumier Entrées Unités Moy Min Max Déchets à traiter kg MS 1000 1000 1000 Sorties - produits solides Déchets stockés kg MS 600 570 730 Sorties - rejets dans l'air Méthane (CH4) g 15 000 5 000 40 000 Dioxyde de carbone "biomasse" (CO2) g Données manquantes Protoxyde d'azote (N2O) g 200 20 500 Oxydes d'azote (NOx) g Données manquantes Monoxyde de carbone (CO) g Données manquantes Sulfure d'hydrogène (H2S) g Données manquantes Oxydes de soufre (SOx) g Données manquantes Ammoniac (NH3) (fumier porcin ou de volaille) g 9 423 1 833 25 327 Ammoniac (NH3) (fumier bovin) g 1 091 218 3 709 Composés Organiques Volatils (COV) totaux g Données manquantes Sorties - rejets dans l'eau Volume rejeté litre (par 1000 kg MB) 100 20 200 Azote total (as N) g 353 65 2 360 Phosphore total (as P) g 102 39 424 Potassium total (as K) g 1433 897 2 631
Exemple d un tableau de niveau 1 Stockage solide 10
Comparaison avec d autres jeux de Comparaison avec des bases de données dédiées à l'analyse de cycle de données vie: Wisard (Ecobilan, France) et EcoInvent (EPFL, Suisse), et la méthode du GIEC pour les gaz à effet de serre Ordre de grandeurs similaires, sauf pour émissions dans l'eau et COV totaux (traitement) Approche différente dans EcoInvent pour émissions au champ: basées sur des modèles simples Apports de l'étude: spéciation des COV, émission de H 2 S, N, P et métaux dans l'eau, N 2 O et NH 3 Cas de l effet de serre : les données par défaut du GIEC (1996) Seules les déjections animales, marginalement les boues, sont prises en compte par le GIEC Globalement davantage de N 2 O émis selon le GIEC, en stockage liquide et solide, aération liquide, compostage et utilisation agricole Valeurs GIEC pour le CH 4 significativement supérieures pour le stockage liquide, inférieures pour le stockage solide 11 Bilan environnemental de la gestion biologique des déchets, réunion de mise en commun, 7 décembre 2004
Conclusion & perspectives Les jeux de données obtenus pourront être utilisés en ACV, moyennant divers compléments (étape manquantes) Sur la méthodologie analyse de cycle de vie Améliorer le calcul des impacts de toxicité et d éco-toxicité (en utilisant les facteurs de bioconcentration pour CTO et ETM, et des modèles de devenir Prendre en compte l accumulation des polluants dans les sols Définir un indicateur portant sur les odeurs Traiter des impacts sanitaires (liés aux pathogènes) Besoins de généraliser certains résultats par modélisation Enfin le diagnostic environnemental devra être complété par des indicateurs plus qualitatifs (effets sur propriétés physiques et biologiques du sol, par exemple) 12 Bilan environnemental de la gestion biologique des déchets, réunion de mise en commun, 7 décembre 2004
Plan de la présentation Champ de l étude et démarche Facteurs d impact considérés et exemples de résultats Bilan qualitatif de l analyse bibliographique Elaboration d un jeu de données ACV Comparaison avec d autres jeux de données Points méthodologiques et compléments possibles 13
E n t r a n t / S o Exemple de tableau de niveau 2 Caractérisation du flux N o m d u f l u U n i t é d u f l t y p e d e d é c h c o m p a r t i m e n V a l e u r r e t e n u V a l e u r m i n i m u V a l e u r m a x i m u Donnée retenue, description de la donnée, variabilité Paramètres opérationnels occasionnant la variation de la valeur (quantifiable ou pas) Durée de l'émission considérée pour la valeur retenue et durée totale théorique de l'émission D e s c r i p t i o n t D e s c r i p t i o n D e s c r i p t i o( l n i e u g, c l i m a t, t y p e V a r i a b i l i t é d e Commentaires sur la variabilité Sortant Azote % N initial fumier Emission dans l'eau 2 0.3 4 Emission d azote dans l eau liée au stockage solide Tend à diminuer quand la proportion de paille augmente. 3 à 6 mois Tas 1999-2001 Sources Primaires utilisées (nombre de publications sur modèles, nombre de publications basée sur labo, nombre de publications sites)(si applicable) Europe, climat tempéréfroid Traitem ent secondaire (aucun, m oyenne, avis d'e forte Source Trop peu de données pour paramétrer l'influence de la saison ou du climat. Représentativité de la donnée Com m entaires sur la représen 14 11 essais sur site (3 publications) Moyenne faible-moyenne